Вирусы внутриклеточные паразиты они размножаются путем деления

Характеристика вирусных организмов

Вирусы – это микрочастицы, которые существуют на грани живой и неживой природы. Они не имеют клеточного строения, но могут реплицироваться с помощью клетки. Их величина составляет 20-300 нанометров. Размеры настолько малы, что их невозможно увидеть в световом микроскопе и они отсеиваются на бактериальном фильтре. Поэтому долгое время вирусы не могли идентифицировать.

Вредоносная частица состоит из одной молекулы дезоксирибонуклеиновой или рибонуклеиновой кислоты и белковой оболочки. Некоторые штаммы дополнительно имеют липопротеиновый слой. Оболочка вириона (сформированной вирусной частицы) отличается высокой степенью симметрии. Она построена из одинаковых субъединиц – капсомеров. Когда капсомеры попадают внутрь живого существа, они производят спонтанную самосборку.

§ 16. Вирусы — неклеточная форма жизни

Вопрос 1. Какие организмы относят к паразитам?

К паразитам, питающимся за счет готовых органических веществ живых организмов, относятся некоторые простейшие, паразитические черви, клещи, кровососущие насекомые, а также вирусы, фаги, болезнетворные бактерии, паразитические грибы, цветковые растения — паразиты (омела, повилика, заразиха).

Вопрос 2. Что представляют собой вирусы?

Вирусы представляют собой неклеточную форму жизни. Это автономные генетические структуры, неспособные, однако, развиваться вне клетки. Вирусы отличает простота организации. Каждая вирусная частица состоит из РНК или ДНК, заключенной в белковую оболочку, которую называют капсидом. В вирусах присутствует только один тип нуклеиновой кислоты, которая является носителем генетической информации. Это либо ДНК (одно — , так и двуцепочечные молекулы как ДНК), либо РНК. И если вирусная ДНК может иметь как линейную, так и кольцевую структуру, то молекулы РНК — вирусов, как правило, имеют только линейную форму.

Пространственная организация вирусов очень разнообразна. Они часто имеют правильную геометрическую форму — палочки, нити или шара.

Белки вирусов формируют оболочку, защищающую нуклеиновую кислоту. Они также отвечают за антигенные свойства вирусной частицы, а также могут выполнять функции ферментов.

Сложные вирусы окружены мембраной, содержащей липиды и сложные белки — гликопротеины, соединённые с углеводными компонентами. Однако эта мембрана не синтезируется ими самими, она является «позаимствованной» при выходе вируса частью мембраны той клетки, где была «собрана» данная вирусная частица.

Например, вирус табачной мозаики имеет палочковидную форму и представляет собой полый цилиндр. Стенка цилиндра образована молекулами белка, а в полости расположена спираль РНК. Белковая оболочка защищает нуклеиновую кислоту от неблагоприятных условий внешней среды, а также препятствует проникновению ферментов клеток к РНК и ее расщеплению.

Тело бактериофага кишечной палочки состоит из головки, от которой отходит полый стержень, окруженный чехлом из сократительного белка. Стержень заканчивается базальной пластинкой, на которой закреплены 6 нитей. Внутри головки находится ДНК.

Вопрос 3. Какие вирусы вам известны?

Вирус табачной мозаики, бактериофаг, аденовирусы, вирусы гриппа, герпеса, полиомиелита, оспы, бешенства, чумы, ВИЧ и др.

Вопрос 4. Почему вирусы можно считать внутриклеточными паразитами?

Они способны проникать в живые клетки и размножаться только внутри них, используя для этой цели биосинтетические и энергетические клеточные системы хозяина. Пока вирус не проник в клетку хозяина, он не проявляет свойств живого организма, т. е. в нём не протекает никаких биохимических реакций, он не может размножаться и т. д. Учитывая данные обстоятельства, можно утверждать, что вирусы являются внутриклеточными паразитами.

Вопрос 5. Почему вирусы считают неклеточной формой жизни?

Любая клетка состоит из ядра и цитоплазмы, в которой происходят все биохимические процессы. Вирусы в отличие от всех других организмов не имеют клеточного строения. Вирус же — это всего лишь часть ДНК или РНК и несколько оболочек (белковая и липопротеиновая). Также вирусы способны жить и размножаться исключительно в клетках других организмов и за их пределами жизнедеятельности не проявляют. Таким образом, вирусы можно рассматривать как неклеточную форму жизни.

Вопрос 6. Каковы особенности строения вирусов? Расскажите об этом на конкретных примерах.

Здесь подходит ответ на вопрос 2 из этого параграфа. Можно еще добавить строение вируса гриппа. Это РНК — содержащий вирус, капсид которого снаружи покрыт остатками клеточных мембран, содержащих белки — гликопротеины. Гены этих белков часто мутируют, что приводит к появлению новых штаммов (локальных разновидностей) вируса.

Вопрос 7. Каковы основные пути заражения вирусами? Приведите примеры.

Человек заражается вирусами разными путями, в принципе так же, как бактериями и другими прокариотами.

1.Алиментарный путь — пища, вода. В воду, как правило, вирусы попадают вместе со сточными водами, в пищу заносятся грязными руками.

2.Воздушно — капельный — вирусы острых респираторный заболеваний; другие — попадают непосредственно от одного человека другому на слизистые носа, глотки, то есть верхних дыхательных путей.

3.Половой — при половом контакте вирусы попадают на слизистую половых путей.

4.Трансмиссивный — при укусе кровососущих членистоногих (клещи, комары) вирусы попадают непосредственно в кровь. Вирус бешенства заносится в кровь при укусе зараженными животными.

5.Трансплантационный путь — при переливании зараженной крови, пересадке тканей от зараженных людей.

6.Инструментальный путь — при пользовании грязными шприцами, другими медицинскими инструментами во время различных медицинских манипуляций.

Вопрос 8. Каковы основные меры профилактики вирусных заболеваний?

Во — первых, имеет смысл стимулировать иммунную систему путём неспецифической активации иммунитета. Для этого применяют закаливание, проводят общее укрепление организма или принимают некоторые препараты (например, белок интерферон, который помогает клеткам справляться с вирусами).

Во — вторых, можно делать прививки, вводя человеку вирусные белки, фрагменты этих белков или вирусные частицы с разрушенными нуклеиновыми кислотами. Введение такого препарата (он называется вакцина) вызывает образование в организме человека специфических белков — антител, которые распознают белки — антигены данного вируса и запоминают их. Поэтому, когда в организм попадает настоящий вирус, иммунная система быстро с ним справляется, поскольку помнит, по каким белкам его можно распознать.

И, в — третьих, если по каким — то причинам невозможно провести вакцинацию, а вирус проник в организм, человеку вводят уже готовые антитела, выделенные из сыворотки крови животных (такой препарат называют иммунной сывороткой). Так поступают, например, после укуса человека бешеным животным для нейтрализации вируса бешенства.

Вопрос 9. Какие особенности отличают вирусы от других живых организмов? Представьте ответ на вопрос в форме таблицы.

Вопрос 10. Используя дополнительные источники информации, подготовьте короткое сообщение в виде презентации о сходстве СПИДа и вирусного гепатита В.

Сначала можно рассказать об этих болезнях (самое главное). Потом можно отметить, что эти заболевания не сильно схожи, течение болезней больше разниться, чем схоже. Нужно подчеркнуть и то, что они часто могут быть в организме одновременно. Затем выделить и схожие черты. 1.Возбудитель этих заболеваний — вирус (но разный), т.е. это заболевания, вызванные вирусом. 2.Болезни развиваются постепенно, а сам инфекционный процесс начинается с момента попадания вируса в кровь. 3.Болезни можно поддерживать медикаментозно на некотором уровне, что человек чувствует себя нормально. 4.Также эти болезни имеют общие пути заражения: естественные (половой, вертикальный (когда ребёнка заражает инфицированная мать), бытовой) и искусственный (парентеральный). 5.Чтобы уберечься от этих болезней, нужно никогда не использовать чужие зубные щётки, бритвы и другие средства личной гигиены; следить за использованием только одноразовых шприцов при всех видах инъекций, безопасный секс, тщательный выбор дантиста и специалиста по маникюру, повышение защитных сил организма и т.д.

Вопрос 11. Какие распространённые заболевания, вызываемые вирусами, вы знаете? Предложите правила профилактики вирусных заболеваний.

Самыми известными и распространенными являются следующие вирусные заболевания.

Грипп и простуда. Их признаками являются: слабость, повышенная температура, боль в горле. Используются противовирусные препараты, при присоединении бактерий дополнительно назначают антибиотики.

Краснуха. Под удар попадают глаза, дыхательные пути, шейные лимфоузлы и кожа. Распространяется воздушно — капельным способом, сопровождается высокой температурой и кожными высыпаниями.

Свинка. Поражаются дыхательные пути, в редких случаях у мужчин поражаются семенники.

Желтая лихорадка. Вредит печени и кровеносным сосудам.

Корь. Опасна детям, затрагивает кишечник, дыхательные пути и кожу.

Ларингит. Нередко возникает на фоне других проблем.

Полиомиелит. Проникает в кровь через кишечник и дыхание, при поражении головного мозга наступает паралич.

Ангина. Существует несколько видов, характерны головная боль, высокая температура, сильная боль в горле и озноб.

Гепатит. Любая разновидность вызывает желтизну кожи, потемнение мочи и бесцветность кала, что говорит о нарушении нескольких функций организма.

Тиф. Редок в современном мире, поражает кровеносную систему, может привести к тромбозу.

Сифилис. После поражения половых органов возбудитель попадает в суставы и глаза, распространяется дальше. Долго не имеет симптомов, поэтому важны периодические обследования.

Энцефалит. Поражается головной мозг, гарантировать излечение нельзя, высок риск смерти.

К профилактике вирусных заболеваний относят: исключение контактов с больными людьми, исключение незащищенных случайных половых связей, закаливание, проводят общее укрепление организма или принимают некоторые препараты (например, белок интерферон, который помогает клеткам справляться с вирусами). Также можно делать прививки, а если по каким — то причинам невозможно провести вакцинацию, а вирус проник в организм, человеку вводят уже готовые антитела, выделенные из сыворотки крови животных (такой препарат называют иммунной сывороткой). Так поступают, например, после укуса человека бешеным животным для нейтрализации вируса бешенства.

Вопрос 12. Выполните задание в тетради.

1) Вирусы размножаются: а) самостоятельно вне клетки хозяина; б) только в клетке хозяина; в) только в воде; г) в присутствии солнечного света.

Правильный ответ: б) только в клетке хозяина.

2) Капсид — это: а) цитоплазма вируса; б) ДНК вируса; в) оболочка вируса; г) ферменты вируса.

Правильный ответ: в) оболочка вируса.

3) Вирусы относят к доклеточным организмам, потому что они: а) не содержат ядра; б) не способны к самостоятельному обмену веществ; в) являются паразитами; г) не способны размножаться.

Правильный ответ: б) не способны к самостоятельному обмену веществ;

Вопрос 13. На основании чего вирусы относят к живым организмам?

Вирусы похожи на живые организмы в том, что они имеют свой набор генов и эволюционируют путем естественного отбора, а также в том, что способны размножаться, создавая собственные копии путем самосборки.

Вопрос 14. Используя доступные информационные источники, изучите и обсудите с учителем и одноклассниками проблему происхождения вирусов.

Происхождение вирусов — вопрос, который на протяжении многих лет составлял предмет дискуссий, поэтому происхождение вирусов в процессе эволюции пока неясно. Было выдвинуто три гипотезы происхождения вирусов:

1. Вирусы — потомки бактерий и других одноклеточных организмов, претерпевших дегенеративную (регрессивную) эволюцию.

2. Вирусы — потомки древних доклеточных форм жизни, перешедших к паразитическому способу существования.

3. Вирусы — дериваты (производные) клеточных генетических структур, ставших относительно автономными, но сохранивших зависимость от клеток.

Можно отметить, что зависимость вирусов от других организмов, в клетках которых они могут расти и размножаться, дает основание считать, что они не могли появиться раньше клеточных организмов. Предполагается, что вирусы представляют собой сильно дегенерировавшие клетки или их фрагменты, которые в процессе приспособления к паразитизму вторично утратили клеточное строение.

Некоторые ученые полагают, что вирусы и бактериофаги — обособившиеся генетические элементы клеток, которые эволюционировали вместе с клеточными формами жизни.

Почему вирусы называют внутриклеточными паразитами

Вирусы называют облигатными или внутриклеточными паразитами. За границей живой системы они не проявляют никаких свойств жизни. Только после проникновения внутрь они инактивируют клеточный аппарат хозяина и подчиняют себе весь механизм. Затем, с помощью аппарата клетки-хозяина они синтезируют множество собственных новых копий, разрушают мембрану и передаются дальше по всему организму. После этого клетка, как правило, погибает.

Существуют случаи, когда возбудитель долгое время живет в организме хозяина, при этом никак себя не проявляя. Также между носителем и паразитом могут быть разные формы сосуществования. Например, иммунитет хозяина может не уничтожать инфекцию полностью, а только ослаблять ее. В таком случает вирус не несет большой угрозы. Кроме того, возможный симбиоз, при котором и носитель и паразит получают взаимную выгоду. Например, некоторые бактериофаги могут прикрепляться к слизистым ротовой полости человека и атаковать патогенные бактерии, которые попадают внутрь.

Вирусы как патогены

Вирусы являются возбудителями многих болезней. Они пробираются в организм и начинают свою деятельность, инфицируя его. Вследствие этого у человека появляются симптомы заболеваний. Среди них болезни животных (ящур, миксоматоз), растений (мозаика, карликовая кустистость) и людей ( грипп, оспа, корь, краснуха).

Ниже представлены наиболее распространенные вирусные заболевания человека, их возбудители, области поражения, способы передачи.

• Грипп. Патогены – миксовирусы А, В или С. Поражает дыхательную систему. Распространяется воздушно-капельным путем.
• Простуда. Патогены – РНК-содержащие вирусы. Поражает верхние дыхательные пути. Распространение аэрогенным способом.
• Оспа. Патоген – вирус натуральной оспы. Поражает дыхательную систему и кожу. Передается воздушно-капельным путем, через раны.
• Свинка. Патогены – парамиксовирусы. Поражает дыхательную систему, затем весь организм. Передача аэрогенным способом, через слюну.
• Корь. Патогены – парамиксовирусы. Поражает дыхательную систему, затем кожу и кишечный тракт. Распространяется воздушно-капельным путем.
• Краснуха. Патоген – вирус краснухи. Поражает дыхательную систему, шейные лимфоузлы, глаза и кожу, в дальнейшем дает осложнения при беременности Передается воздушно-капельным путем.
• Полиомиелит. Возбудитель – пикорнавирус. Поражает глотку, кишечник, кровь, иногда нейроны спинного мозга, вследствие чего может наступить паралич. Распространяется аэрозольно-аэрогенным путем, через кал.
• Желтая лихорадка. Патоген – арбовирус. Под ударом кровеносные сосуды, печень. Переносится членистоногими.

Жизненный цикл

Каждая вирусная частица может атаковать только определенные клетки. Например, бактериофаги прикрепляются к рецепторам на поверхности бактерии, а ВИЧ – к определенному типу лейкоцитов человека. Такая направленная избирательность объясняется образованием уникальной связи между отдельным вирионом и рецепторными участками клетки-хозяина.

Вирусный жизненный цикл делится на две фазы. Первая – внеклеточная, когда репликатор существует как вирион и ждет возможности попадания в клетку. Вторая – внутриклеточная, когда инфекция проникает в клетку, реплицируется, а затем покидает ее.

Жизненный цикл вируса можно рассмотреть на примере бактериофага. Он состоит из таких этапов:

1. Фаг приближается к бактериальной клетке, связывается отростками оболочки с рецепторными участками на ее поверхности.
2. Затем он растворяет мембрану ферментом лизоцимом и впускает внутрь клетки свою ДНК.
3. Генетический аппарат фага синтезирует ферменты с использованием белоксинтезирующего аппарата клетки, то есть рибосом.
4. Вирус «отключает» ДНК хозяина, а ферменты ее растворяют. Вредоносная частица подчиняет весь клеточный аппарат.
5. Бактериофаг создает множество своих копий. Потом создаются новые оболочки для созданных вирусных частиц.
6. Эти оболочки самопроизвольно собираются вокруг молекулы ДНК фага. Синтезируется лизоцим для расщепления клетки.
7. Происходит расщепления оболочки с участием лизоцима, новые возбудители (200-1000) выпускаются во внеклеточное пространство для заражения других клеток. Жизненные циклы вирусов схожи. За исключением провирусов или профагов.

Жизненный цикл бактериофага

Особенности терминологии

Общаясь с терапевтами, паразитологами и другими врачами, человеку, далёкому от микробиологии, сложно разобраться, чем принципиально отличаются понятия микробы, вирусы и бактерии. Многие из них способны вести образ жизни паразитов, но далеко не все. Некоторые не несут для человека никакой опасности, так как паразитируют, например, в растительных, а не животных клетках.

Даже те микроорганизмы, которые живут в клетках животных, не всегда становятся паразитами человека. Многие из них проявляют узкую видовую избирательность: могут паразитировать только у представителей одного или нескольких определённых видов.

Чаще всего врачи, имеющие дело с подобными заболеваниями, упоминают микробы, бактерии и вирусы. Все эти группы могут быть облигатными – это означает, что выполнение их жизненных функций возможно только в клетках хозяина, то есть, человека.

Роль вирусов в природе

Вирусы значительно осложняют жизнь человека, являясь причиной многих заболеваний. Также часто приводят они и к гибели. Впрочем, вредят они не только людям, но и животным, значительно сокращая их численность. Но, как не хотелось бы это признавать, эти паразиты необходимы нашему миру, поскольку выполняют очень важные функции.

Так, вирусы выполняют регуляцию водных экосистем

. Например, они способствуют росту водорослей, убивают различные микроорганизмы водоёмов, и могут прекращать цветение воды. А регулируя процесс фотосинтеза в водоёмах, вирусы уменьшают содержание углекислого газа в атмосфере.

Помимо этого, являются они переносчиками генов

между различными видами, благодаря чему направляют эволюцию. А ещё они регулируют численность живых существ . Численность людей, к сожалению, или к счастью — тоже.

Вообще говоря, как мне кажется, вирусы обладают слишком уж большим количеством регуляторных функций. Ну посудите сами: регулируют экосистемы, в которых мы живём; регулируют состав кислорода, которым мы дышим; регулируют численность живых организмов на планете; и даже участвуют в направлении эволюции живых существ. Если бы кто-то мог контролировать все вирусы, то он мог бы контролировать жизнь на Земле, и направлять её так, как ему вздумается. Разумеется, это невозможно, ввиду слишком уж большого их разнообразия и количества. Но заставляет задуматься о значении этих мелких паразитов.

Бактерии

Те бактерии, которые являются внутриклеточными паразитами, в медицине называются патогенами. Они вызывают инфекции, подрывающие иммунную систему или приводящие к очень тяжёлым последствиям вплоть до смерти человека. Болезни, вызываемые такими микроорганизмами, были подробно описаны в медицине намного раньше, чем микробиологи смогли обнаружить их возбудителей.

Среди бактерий, являющихся внутриклеточными патогенами, есть и те, что вызывают болезни только у людей с нарушениями иммунодефицита или с муковисцидозом.

Для лечения патологий, вызванных такими бактериями, применяют антибиотики и бактериостатики. Антибиотики убивают этих патогенов, в то время, как бактериостатики лишь приостанавливают их развитие.

Самые распространённые внутриклеточные паразиты из группы бактерий – это хламидии, эрлихии и риккетсии.

Хламидии

Хламидии – неподвижные кокки, которые даже при неблагоприятных условиях не могут образовывать спор и капсул, как многие виды бактерий. Несмотря на это, они очень жизнеспособны и устойчивы.

Особенностью хламидий является то, что они не могут самостоятельно синтезировать АТФ, поэтому, чтобы обеспечить энергией свои структуры, они черпают энергию из клетки хозяина.

Размножение этих внутриклеточных микроорганизмов происходит внутри клеточной цитоплазмы. Здесь они могут расти и плодиться. Вне клетки они принимают сферическую форму, диаметр хламидии в таких условиях становится всего 0,3 мкм. После попадания в клетку патоген сразу расширяется, становится крупнее и активно делится. Внутри цитоплазмы образовываются целые колонии. Потом они снова выходят из материнской клетки и заселяют новые. Жизненный цикл этих паразитов происходит циклично и составляет 40-70 часов.

Хламидии, которые выступают в роли внутриклеточных патогенов:

• Psittaci – приводят к орнитозу. Болезнь проходит остро, с лихорадкой, сильной интоксикацией, поражением ЦНС, увеличением печени. Источник заражения – птицы. Человек получает бактерии вместе с вдыхаемым воздухом, они оседают в бронхах или в лёгких. Паразиты могут вызывать развитие пневмонии, менингит, эндокардит, гепатит и пр.
• Pneumoniae – вызывает бронхопневмонию. Передаётся воздушно-капельным путём.
• Trachomatis — провоцирует трахому (воспаление конъюнктивы вплоть до потери зрения), венерическую лимфогранулему, урогенитальный хламидиоз. Без соответствующего лечения, болезни, вызванные отдельными штаммами хламидий, могут привести к бесплодию.

Из чего состоит вирус

В микробиологии различают две разновидности вирусов:

1. Простые. В их состав входит нуклеиновая кислота, являющаяся переносчиком генетической информации, и специфический белок, позволяющий распознавать данные микроорганизмы в ходе лабораторной диагностики.
2. Сложные. Кроме перечисленных компонентов, они содержат липиды, углеводы и ферменты, участвующие в размножении возбудителей.

У большинства нуклеиновая кислота располагается в центральной части. Она окружена протеиновой оболочкой (капсидом), состоящей из капсомеров.

Сложные вирионы дополнительно заключены во внешнюю оболочку, состоящую из белков, гликопротеинов и липидов.

Гипотезы происхождения вирусов

Никто не может достоверно сказать, откуда взялись вирусы. Полагают, что существуют они с момента появления живых клеток, но это лишь предположение. Выдвинуто немало гипотез их происхождения, но основными, наиболее вероятными, признаны лишь 3 из них:

Согласно регрессивной гипотезе

, эти паразиты раньше являлись очень маленькими клетками, паразитирующими в клетках живых организмов. Но, за ненадобностью, утратили ряд генов, из-за чего существенно изменились. Только остаётся неясным, почему же эти деградировавшие клетки совершенно не похожи на живые клетки.

Гипотеза клеточного происхождения

предполагает, что вирусы возникли в результате высвобождения фрагмента ДНК или РНК из генома клетки живого организма, и последующего его изменения. Но не найдено объяснение тому, как паразиты приняли свой нынешний вид. А в частности, откуда взялась та же капсида (белковая оболочка), а также липидные оболочки.

А вот сторонники гипотезы коэволюции

считают, что инфекционные агенты образовались вместе с живыми клетками, и имели примерно такое же строение, какое имеют и сейчас. Но, в таком случае, они видятся как независимые неклеточные формы жизни, а это не так. Паразиты не могут существовать без клеток живых организмов.